Da fecundação ao nascimento: como um ser humano é construído

Numa tarde de inverno de 1827, em um laboratório da Universidade de Königsberg, Karl Ernst von Baer colocou o ovário de uma cadela sob o microscópio e viu algo que ninguém havia conseguido confirmar até então. Aninhada dentro de um dos pequenos folículos cheios de fluido estava uma única esfera pálida, o óvulo dos mamíferos. As pessoas suspeitavam de sua existência havia cerca de cento e cinquenta anos, desde que os primeiros anatomistas especularam que os mamíferos, como as aves, deveriam começar a partir de algum tipo de óvulo, mas ninguém o havia de fato visto. Von Baer viu, e naquele mesmo ano publicou o resultado em um fino tratado em latim com um título grandioso, De Ovi Mammalium et Hominis Genesi, "Sobre a gênese do óvulo dos mamíferos e do homem".

Aquela única observação marcou o verdadeiro início da embriologia moderna, porque identificou o ponto de partida de toda vida humana como uma só célula. Tudo o que vem depois, os trilhões de células de um corpo adulto, cada órgão, cada nervo, cada osso, remete à fusão daquele óvulo com um espermatozoide. A pergunta que este artigo responde é enganosamente simples: como uma única célula, sem nenhuma planta presa na parede e sem nenhum mestre de obras dirigindo o tráfego, se dobra até se tornar um ser humano completo ao longo de quarenta semanas?

Um encontro que quase nunca acontece

A fecundação é muito mais rara e geograficamente específica do que sua reputação sugere. Na ejaculação, o homem libera cerca de duzentos milhões de espermatozoides, um número enorme que existe justamente porque a jornada à frente é brutal. Os espermatozoides precisam percorrer toda a extensão do útero e entrar na tuba uterina, contra correntes, atravessando uma química hostil, e a maioria deles nunca chega. Desses duzentos milhões, apenas algumas centenas de fato alcançam a ampola, o trecho externo e largo da tuba uterina onde a fecundação normalmente ocorre.

O tempo torna o encontro ainda mais restrito. Depois da ovulação, o óvulo permanece viável por apenas cerca de doze a vinte e quatro horas. Se os espermatozoides não estiverem já à espera na tuba ou não chegarem dentro dessa breve janela, o óvulo degenera e se perde. Portanto, a fecundação é rara, breve e presa a um local específico do corpo. A imagem popular de uma corrida frenética que termina em uma chegada triunfante não está errada, mas subestima o quanto o encontro pode simplesmente não acontecer de inúmeras maneiras.

A química do encontro entre espermatozoide e óvulo

Quando um espermatozoide finalmente alcança o óvulo, a união não é uma simples colisão, mas uma sequência de etapas moleculares que precisam ocorrer em ordem. O óvulo é envolto por uma espessa camada externa chamada zona pelúcida, uma casca de glicoproteínas. O espermatozoide primeiro se liga a uma glicoproteína específica dessa camada, um evento de reconhecimento que ajuda a garantir, em condições normais, que óvulo e espermatozoide sejam da mesma espécie.

A ligação dispara a etapa seguinte. A cabeça do espermatozoide carrega uma capa chamada acrossomo, repleta de enzimas. Ao contato, a capa acrossômica libera essas enzimas, que abrem um caminho digerindo a zona pelúcida para que o espermatozoide possa alcançar a própria membrana do óvulo. As duas membranas então se fundem, e o conteúdo do espermatozoide, incluindo seu núcleo, passa para dentro do óvulo. Nesse momento, dois núcleos haploides, cada um carregando um único conjunto de vinte e três cromossomos, combinam-se em um núcleo diploide que carrega o complemento completo de quarenta e seis. Essa única célula combinada é o zigoto, a primeira célula de um novo indivíduo e o ponto de partida genético de tudo o que vem depois.

Fechando a porta para um segundo espermatozoide

No instante em que o primeiro espermatozoide se funde com o óvulo, surge um novo problema. Se um segundo espermatozoide conseguisse entrar, a célula resultante carregaria três conjuntos de cromossomos em vez de dois, uma condição triploide, e tal embrião não consegue se desenvolver normalmente. A solução da evolução é trancar o óvulo no momento em que a fecundação começa, e ela faz isso com dois mecanismos distintos atuando em escalas de tempo diferentes.

O primeiro é quase instantâneo. Numa fração de segundo após a fusão, a membrana do óvulo passa por uma mudança rápida em sua carga elétrica, uma despolarização que age como um bloqueio rápido, tornando momentaneamente impossível que outro espermatozoide se funda. Essa barreira elétrica é veloz, mas temporária, uma medida paliativa. O segundo mecanismo é mais lento e permanente. Ao longo dos segundos e minutos seguintes, o óvulo libera enzimas que endurecem quimicamente a zona pelúcida, transformando a camada antes receptiva em uma casca impenetrável. Juntas, essas duas reações, o bloqueio elétrico rápido e o bloqueio químico lento, garantem que apenas um espermatozoide contribua com seu genoma. Sem elas, o desfecho comum da fecundação seria uma célula triploide condenada, e a gravidez bem-sucedida seria a exceção, e não a regra.

De uma célula a uma bola oca de células

Uma vez fecundado, o zigoto faz algo que, à primeira vista, parece quase trapaça. Ele se divide, e depois se divide de novo, mas não cresce. O volume total permanece praticamente constante enquanto o número de células sobe, de modo que cada célula sucessiva é menor que a anterior. Essa fase inicial de divisão sem crescimento é chamada de clivagem e segue um relógio notavelmente regular, com a contagem de células praticamente dobrando a cada vinte horas, mais ou menos.

A programação é fácil de acompanhar. Por volta de um dia e meio há duas células, no quarto dia há uma bola sólida de cerca de dezesseis células chamada mórula, e no quinto ou sexto dia há uma esfera oca chamada blastocisto, com um aglomerado interno de células (a massa celular interna, que se torna o embrião propriamente dito) de um lado de uma cavidade cheia de fluido. Durante tudo isso, o aglomerado em crescimento ainda está envolto pela zona pelúcida original e inalterada, descendo lentamente pela tuba uterina rumo ao útero. Só quando alcança o útero é que o blastocisto eclode dessa camada e se enterra na parede uterina, o evento chamado de implantação, que ancora a gravidez e dá início à longa colaboração entre embrião e mãe.

Três folhetos que se tornam um corpo inteiro

Na terceira semana após a fecundação, o embrião realiza a manobra que transforma uma bola de células no início de um animal organizado. A massa celular interna se reorganiza em três folhetos planos empilhados um sobre o outro, os três folhetos germinativos: ectoderma por fora, mesoderma no meio e endoderma por dentro. Esse arranjo enganosamente simples é o plano mestre do corpo inteiro, porque todo tecido de um ser humano pode ser rastreado até um desses três folhetos.

As atribuições são consistentes e foram, de modo apropriado, definidas pelo próprio von Baer em 1828. O ectoderma dá origem às superfícies externas e ao sistema nervoso, incluindo a pele, os pelos e todo o encéfalo e a medula espinhal. O mesoderma produz os tecidos estruturais e circulatórios, os músculos, ossos, sangue, coração e rins. O endoderma forma os revestimentos internos, o tubo digestório e os órgãos que brotam dele, incluindo os pulmões, o fígado e o pâncreas. Uma vez que esses três folhetos estão no lugar, o desenvolvimento passa a ser uma questão de dobramento, migração e sinalização, à medida que os folhetos se curvam e interagem para esculpir os órgãos. A maior parte dessa construção de órgãos, chamada de organogênese, vai aproximadamente da terceira à oitava semana, e é o trecho mais delicado e mais vulnerável de todo o processo.

O órgão temporário construído por duas pessoas

Enquanto o embrião está formando seus órgãos, outro órgão se monta em paralelo, e ele não pertence a nenhum indivíduo isolado. A placenta é um órgão genuíno, mas estranho, construído a partir de uma mistura de tecido fetal (o trofoblasto, as células externas do blastocisto) e tecido materno (o endométrio, o revestimento do útero). É único na biologia dos vertebrados em vários aspectos: cresce do zero a cada gravidez, dura as quarenta semanas completas e nem um dia a mais, executa várias funções ao mesmo tempo e é expelido junto com o bebê e então descartado.

Vale a pena detalhar as funções da placenta, porque ela faz o trabalho de vários órgãos adultos simultaneamente. Ela cuida das trocas gasosas, fornecendo oxigênio e removendo gás carbônico no lugar de pulmões que o feto ainda não pode usar. Ela gerencia a nutrição e os resíduos, passando glicose, aminoácidos e outros nutrientes ao feto enquanto leva embora os resíduos metabólicos. E funciona como uma glândula endócrina, produzindo hormônios que mantêm a gravidez e preparam o corpo da mãe para o parto e a amamentação. Há um equívoco persistente que vale corrigir aqui, porque está entre os erros mais comuns dos estudantes em todo o assunto: o sangue da mãe e o sangue do feto não se misturam. As duas circulações permanecem inteiramente separadas. Toda troca acontece por difusão através da fina membrana das vilosidades coriônicas, as projeções fetais em forma de dedo que ficam imersas em poças de sangue materno. Oxigênio, nutrientes e resíduos atravessam essa membrana, mas as duas correntes sanguíneas nunca se juntam.

Quarenta semanas em três atos

A gestação humana dura cerca de quarenta semanas, convencionalmente dividida em três trimestres de aproximadamente treze semanas cada, e cada trimestre tem suas próprias prioridades de desenvolvimento, seus próprios riscos característicos e seus próprios marcos clínicos. O primeiro trimestre é a era da construção. É quando a fecundação, a clivagem, a implantação, os três folhetos germinativos e a organogênese acontecem, e, como o plano corporal básico está sendo estabelecido, é também o período de maior vulnerabilidade a perturbações. O segundo trimestre trata em grande parte de crescimento e refinamento, à medida que os órgãos já formados amadurecem e aumentam e o movimento se torna detectável. O terceiro trimestre trata de acabamento e ganho de peso, à medida que o feto engorda, os pulmões amadurecem até o ponto de conseguir respirar ar, e o corpo se prepara para a vida do lado de fora.

A embriologia traça uma linha especialmente nítida nessa cronologia, ao fim da oitava semana. Antes desse ponto, o organismo em desenvolvimento é chamado de embrião; depois dele, de feto. A distinção não é uma escolha arbitrária de palavras. Ela marca o momento em que a organogênese essencialmente termina, quando os principais órgãos já foram esboçados e o trabalho deixa de ser a construção de novas estruturas para passar a ser simplesmente o crescimento das que já existem. Um embrião está em construção; um feto está, em sua maior parte, crescendo.

O que é notável em toda a sequência de quarenta semanas é a precisão com que ela hoje pode ser acompanhada. A obstetrícia moderna consegue datar uma gravidez com margem de cerca de uma semana, visualizar um coração batendo por volta da sexta semana e identificar o sexo do feto por volta da décima sexta semana. Este é um dos processos mais bem mapeados de toda a biologia humana, e seu cronograma é definido não por nenhuma instrução externa, mas pelo próprio genoma, o mesmo conjunto de genes, ligando-se e desligando-se em uma ordem fixa, que construiu todo ser humano que já existiu.

Pontos principais

O desenvolvimento humano começa quando um, dentre algumas centenas de espermatozoides sobreviventes de um total de duzentos milhões, alcança a ampola da tuba uterina dentro da breve janela de doze a vinte e quatro horas do óvulo, liga-se à zona pelúcida, libera suas enzimas acrossômicas e se funde para formar um zigoto diploide, momento em que um bloqueio elétrico rápido e um bloqueio químico lento selam o óvulo contra qualquer segundo espermatozoide que, de outro modo, criaria uma célula triploide inviável. O zigoto então se cliva sem crescer, dobrando-se aproximadamente a cada vinte horas, de duas células a uma mórula de dezesseis células no quarto dia e a um blastocisto oco no quinto ou sexto dia, tudo dentro da zona pelúcida original, antes de se implantar na parede uterina e se reorganizar na terceira semana em três folhetos germinativos (ectoderma, mesoderma, endoderma) dos quais todo tecido deriva, uma atribuição que o próprio von Baer estabeleceu em 1828. A organogênese segue até a oitava semana, a linha divisória na qual o embrião se torna feto, enquanto a placenta, um órgão temporário construído conjuntamente a partir do trofoblasto fetal e do endométrio materno, assume as trocas gasosas, a nutrição, a remoção de resíduos e a produção de hormônios pelas quarenta semanas completas sem jamais misturar as duas correntes sanguíneas separadas. A gravidez se desenrola ao longo de três trimestres de aproximadamente treze semanas, cada um com prioridades distintas, em uma sequência tão bem mapeada que a obstetrícia moderna consegue datá-la com precisão de semana, mas cujo cronograma inteiro é escrito e executado pelo genoma.